多功能保護(hù)器在內(nèi)河船舶主配電板中的應(yīng)用

陸 智

（廣西壯族自治區(qū)北海船舶檢驗(yàn)中心，廣西北海 536000）

0 引言

我國(guó)沿海航區(qū)航行的500總噸以下海船主配電板多采用帶失壓脫扣器、熱脫扣器等眾多附件的塑殼式斷路器作為發(fā)電機(jī)的保護(hù)開(kāi)關(guān)，存在價(jià)格高、體積大、重量重、調(diào)整不方便和故障率高等不足之處[1]，而當(dāng)前廣西區(qū)內(nèi)新建造的內(nèi)河貨船普遍采用多功能保護(hù)器搭配僅帶分勵(lì)脫扣器的塑殼式斷路器作為發(fā)電機(jī)以及船舶電力系統(tǒng)的保護(hù)開(kāi)關(guān)，該方案價(jià)格低、體積小、重量輕、保護(hù)特性完善，得到市場(chǎng)的認(rèn)可。結(jié)合對(duì)某一內(nèi)河船舶主配電板產(chǎn)品的裝船檢驗(yàn)與思考，簡(jiǎn)要分析西江流域內(nèi)河貨船發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行電力系統(tǒng)的保護(hù)方案，以期為我國(guó)沿海航區(qū)航行的500總噸以下海船以及廣西區(qū)外內(nèi)河貨船主配電板技術(shù)改造與優(yōu)化提供一種思路。

1 多功能保護(hù)器的工作原理

多功能保護(hù)器由電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)、電流比較、電壓比較、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警執(zhí)行、保護(hù)執(zhí)行等單元電路構(gòu)成[2]。由電流互感器采集主配電板匯流排的電流并輸入多功能保護(hù)器中的電流檢測(cè)和電壓檢測(cè)單元中，檢測(cè)出的當(dāng)前電流、電壓經(jīng)過(guò)電流比較和電壓比較單元輸出差值，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，啟動(dòng)報(bào)警執(zhí)行或保護(hù)執(zhí)行單元中的相關(guān)繼電器，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)警、過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、過(guò)載短延時(shí)、欠壓保護(hù)功能。

2 西江流域內(nèi)河貨船發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行保護(hù)方案

西江是華南地區(qū)最長(zhǎng)的河流，航運(yùn)量位居全國(guó)第二位，僅次于長(zhǎng)江。航行于西江流域的貨船機(jī)電設(shè)備較少、電力負(fù)荷較低、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)不頻繁，多采用發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行。圖1是船舶主尺度為73.8 m×15.8 m×5.7 m（長(zhǎng)×寬×深）的多用途貨船主配電板原理圖，該船型在當(dāng)前的西江流域較為流行[3]。該船型發(fā)電機(jī)額定功率30 kW，額定電壓400 V，額定電流54 A，采用WD-DB-A型多功能保護(hù)器搭配帶分勵(lì)脫扣器的四極塑殼式斷路器作為發(fā)電機(jī)的保護(hù)開(kāi)關(guān)，利用WD-DB-A型多功能保護(hù)器自帶的過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、過(guò)載短延時(shí)、欠壓和預(yù)報(bào)警等保護(hù)功能，給塑殼式斷路器的分勵(lì)脫扣器輸出一個(gè)分?jǐn)嘈盘?hào)，使分勵(lì)脫扣器得電動(dòng)作，從而使塑殼式斷路器分?jǐn)嗵l，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的保護(hù)，滿(mǎn)足中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2016）的“容量大于24 kW的發(fā)電機(jī)應(yīng)采用能同時(shí)分?jǐn)嗨薪^緣極的斷路器進(jìn)行過(guò)載和短路保護(hù)”的規(guī)定。

圖1 主配電板原理圖

2.1 WD-DB-A 型多功能保護(hù)器接線(xiàn)方法

圖2是WD-DB-A型多功能保護(hù)器接線(xiàn)圖，從四極斷路器引出380 V電源接在多功能保護(hù)器的電源接口端，再將主線(xiàn)路中的3個(gè)電流互感器分別接在多功能保護(hù)器的4/5、6/7、8/9端口，再將多功能保護(hù)器的分?jǐn)噍敵?3/24常開(kāi)端口接線(xiàn)至斷路器的分勵(lì)脫扣器，多功能保護(hù)器的報(bào)警輸出20/21端口可接線(xiàn)至駕駛室，輸出預(yù)報(bào)警信號(hào)。

圖2 多功能保護(hù)器接線(xiàn)圖

主配電板內(nèi)部設(shè)備接線(xiàn)需要注意以下幾點(diǎn)：1）3個(gè)電流互感器分別和多功能保護(hù)器、1號(hào)發(fā)電機(jī)電流表PA1串聯(lián)在一起，同樣方法接入PA2和PA3；2）設(shè)置3個(gè)220 V交流接觸器KM，電流測(cè)量轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、220 V電源、交流接觸器線(xiàn)圈之間需串聯(lián)，并接好觸頭線(xiàn)路，使在測(cè)量A相電流時(shí)，KM1的常開(kāi)觸頭分別與其他2個(gè)電流互感器并聯(lián)，使其短接放電，避免電擊傷人，同樣方法接入KM2和KM3；3）設(shè)置3個(gè)中間繼電器KA，KA1線(xiàn)圈與1號(hào)發(fā)電機(jī)220 V電源串聯(lián)，常閉觸頭分別與PA2、PA3串聯(lián)，同樣方法接入KA2和KA3，確保3個(gè)電流表之間互相獨(dú)立工作，分別測(cè)量3臺(tái)發(fā)電機(jī)的電流，滿(mǎn)足《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2016）“每臺(tái)發(fā)電機(jī)配備1個(gè)電流表”的要求。

2.2 WD-DB-A 型多功能保護(hù)器參數(shù)設(shè)置方法

圖3是WD-DB-A型多功能保護(hù)器面板示意圖，面板上詳細(xì)標(biāo)注了多功能保護(hù)器參數(shù)設(shè)置方法。在接好線(xiàn)路后，接通電源，按下“菜單”鍵3 s，顯示窗口顯示，按動(dòng)“上”“下”鍵，當(dāng)顯示“EU1.0”項(xiàng)目時(shí)，輸入電壓變比，無(wú)電壓互感器接入直接輸入EU1.0；當(dāng)“I≈”“I電流”同時(shí)燈亮?xí)r，輸入預(yù)報(bào)警電流59.4 A；當(dāng)“I≈”燈亮?xí)r，輸入預(yù)報(bào)警延時(shí)時(shí)間15 s；當(dāng)“I＞”“I電流”同時(shí)燈亮?xí)r，輸入過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)電流67.5 A；當(dāng)“I＞”燈亮?xí)r，輸入過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)時(shí)間20 s；當(dāng)“I＞＞”“I電流”同時(shí)燈亮?xí)r，輸入過(guò)載短延時(shí)電流135 A；當(dāng)“I＞＞”燈亮?xí)r，輸入過(guò)載短延時(shí)時(shí)間0.6 s；當(dāng)“U”“U電壓”同時(shí)燈亮?xí)r，輸入欠壓電壓240 V；當(dāng)“U”燈亮?xí)r，輸入欠壓延時(shí)時(shí)間8 s。再按下“確認(rèn)”鍵3 s即可完成參數(shù)設(shè)置。

圖3 多功能保護(hù)器面板示意圖

航行于西江流域的貨船多采用發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行，不并聯(lián)運(yùn)行，根據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2016）規(guī)定本可以不用設(shè)置欠壓保護(hù)，但是考慮到欠壓對(duì)船用電動(dòng)機(jī)等用電負(fù)載的影響巨大；且部分船東為節(jié)省發(fā)電機(jī)組燃油消耗量，會(huì)調(diào)小發(fā)電柴油機(jī)的油門(mén)，導(dǎo)致發(fā)電柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，根據(jù)發(fā)電機(jī)頻率和轉(zhuǎn)速之間的公式f=np/60可知，發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率將會(huì)相應(yīng)下降；此外，在停泊等工況需要關(guān)停發(fā)電機(jī)時(shí)，部分船東會(huì)通過(guò)調(diào)小發(fā)電柴油機(jī)的油門(mén)直至關(guān)停發(fā)電機(jī)組，如果此時(shí)發(fā)電機(jī)欠壓保護(hù)延時(shí)時(shí)間設(shè)置過(guò)短，將導(dǎo)致主配電板斷路器跳閘。經(jīng)過(guò)實(shí)船試驗(yàn)，將多功能保護(hù)器欠壓保護(hù)參數(shù)設(shè)置為240 V，延時(shí)時(shí)間設(shè)置為8 s較為合適。

以上所設(shè)置的參數(shù)滿(mǎn)足《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2016）[4]和《船用交流低壓配電板通用技術(shù)條件》（GBT 11634—2000）[5]的規(guī)定。

3 采用多功能保護(hù)器保護(hù)三相四線(xiàn)電力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

近兩年來(lái)，西江流域新建內(nèi)河貨船普遍采用多功能保護(hù)器保護(hù)交流三相四線(xiàn)中性點(diǎn)接地的電力系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

3.1 體積小、重量輕

圖4是西江流域新建內(nèi)河貨船主配電板外視圖，該主配電板長(zhǎng)800 mm、寬330 mm、高1 200 mm，單屏壁掛式，一般布置在機(jī)艙前壁，占用地方小，重量輕，可以為機(jī)艙安裝其他設(shè)備騰出空間，同時(shí)可以減輕機(jī)艙的重量，增加載貨量。

圖4 主配電板外視圖

3.2 故障率低、反應(yīng)迅速

由于主配電板內(nèi)的斷路器僅設(shè)一個(gè)分勵(lì)脫扣器，相比其他搭配失壓脫扣器、熱脫扣器、報(bào)警觸頭等眾多附件的斷路器，因脫扣器線(xiàn)圈燒斷引起斷路器故障的幾率大幅度下降，且主配電板配備采用集成電路設(shè)計(jì)的多功能保護(hù)器，保護(hù)動(dòng)作靈敏、迅速，使電動(dòng)機(jī)等用電設(shè)備得到及時(shí)的保護(hù)，避免電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)燒壞等事故的發(fā)生。

3.3 保護(hù)參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單、調(diào)整方便

多功能保護(hù)器提供一個(gè)清晰的顯示屏，可以為用戶(hù)提供精準(zhǔn)、一目了然的保護(hù)參數(shù)設(shè)置界面，用戶(hù)只需要根據(jù)顯示參數(shù)名稱(chēng)，按下相關(guān)按鍵即可完成保護(hù)參數(shù)的設(shè)置及調(diào)整，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單、方便。

4 結(jié)論

本文分析的多功能保護(hù)器經(jīng)濟(jì)實(shí)用，采用該多功能保護(hù)器的內(nèi)河貨船主配電板安全可靠，為發(fā)電機(jī)、用電設(shè)備以及船舶電力系統(tǒng)安全長(zhǎng)效運(yùn)行提供滿(mǎn)意的保護(hù)效果，滿(mǎn)足《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》的要求，對(duì)廣西區(qū)外內(nèi)河貨舶以及我國(guó)沿海航區(qū)500總噸以下海船的電力保護(hù)系統(tǒng)有一定借鑒作用，對(duì)推動(dòng)多功能保護(hù)器在船舶主配電板中的應(yīng)用及研究有一定推進(jìn)效果。